【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ発生源を有し、プラズマを発生させ、シリコンウェーハ等の被処理基板にＣＶＤ処理による薄膜の生成、エッチング、アッシングを行う半導体製造装置に関するものであり、特にプラズマ発生源として誘導結合型プラズマ発生源を有する半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ発生源として誘導結合型プラズマ発生源を有する従来の半導体製造装置を図３により説明する。
【０００３】
図３は、半導体製造装置の一例として枚葉式アッシング装置を示している。
【０００４】
気密な処理室１内に基板載置台２が設けられ、該基板載置台２に被処理基板（以下ウェーハ３）が載置される。前記処理室１の天井部には石英製のプロセスチャンバ４が同心に且つ気密に設けられ、該プロセスチャンバ４は筒状であり、上端は蓋５により気密に閉塞される。
【０００５】
前記プロセスチャンバ４の周囲にはプラズマ発生コイル６が同心に設けられ、該プラズマ発生コイル６には図示しないプラズマ発生用の高周波電源が接続されている。又、前記プラズマ発生コイル６は断面が中空の管であり、該プラズマ発生コイル６内には冷却源（図示せず）より供給される冷却水が流通する。
【０００６】
前記プラズマ発生コイル６の周囲は円筒状のソースシールド８によって覆われている。尚、前記処理室１には図示していないが、ゲート弁により開閉されるウェーハ搬入出口が設けられ、該ウェーハ搬入出口を介して前記ウェーハ３が搬入、搬出される。
【０００７】
前記蓋５にはＯ２ 等の反応ガスを供給する反応ガス導入管７が連通され、前記処理室１には真空ポンプ等を具備する排気装置（図示せず）に接続される排気管９が連通している。
【０００８】
前記プロセスチャンバ４に前記反応ガス導入管７より反応ガスが導入され、前記プラズマ発生コイル６に高周波電力が印加され、前記プロセスチャンバ４内部にプラズマ１１が発生される。該プラズマ１１により前記ウェーハ３の表面に塗布されたレジストが除去される。処理後の排気ガスは前記排気管９より排出される。前記プラズマ発生コイル６は冷却水が流通されることで冷却されている。
【０００９】
前記プロセスチャンバ４は前記プラズマ１１が発する熱により加熱される。加熱状態が長時間継続した場合、即ち前記ウェーハ３の処理が長時間に亘る場合、前記プロセスチャンバ４は５００℃以上の高温となる場合がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した様に、誘導結合型プラズマ発生源を有する半導体製造装置に於いて、長時間の処理が継続して行われると、プロセスチャンバ４の温度が５００℃を越える可能性がある。石英製の該プロセスチャンバ４は、５００℃を境に特性が変化することが分っており、該プロセスチャンバ４の温度が５００℃を越え該プロセスチャンバ４の特性が変化すると、プラズマの発生状態も変化する。同じロット内でプロセスチャンバ４の特性の変化が生じると、アッシングレート、アッシングの均一性が変化し、同一製品の製造が困難となる。従来、長い処理時間でプロセスチャンバ４の温度が５００℃を越えてしまう場合には、基板処理のロット間のアッシングレートやアッシングの均一性を維持する為、定期的にプロセスチャンバ４の冷却期間を設けなければならなかった。この為、半導体製造装置の非稼働時間が増大し、スループットが向上しないという問題があった。
【００１１】
本発明は斯かる実情に鑑み、プロセスチャンバの温度上昇を抑制し、長時間に亘る被処理基板への連続処理を可能とし、処理品質の安定、スループットの向上を図るものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プロセスチャンバの周囲にプラズマ発生コイルが設けられ、該プラズマ発生コイルの周囲を覆う様にソースシールドが設けられ、前記プラズマ発生コイルには冷却水が流通され、前記ソースシールド内部を外気が流通する様にしたプラズマ発生源を具備する半導体製造装置に係るものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に於いて第１の実施の形態について説明する。尚、図１中、図３中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００１５】
ソースシールド８を密閉構造とし、該ソースシールド８の下端部所要位置に所要数の外気取入れ口１２を穿設し、前記ソースシールド８の上端には排気ダクト１３を連通する。該排気ダクト１３は図示しない用役に連通している。
【００１６】
前記排気ダクト１３には前記外気取入れ口１２側（上流側）からラジエタ１４、ブロア１５が設けられている。
【００１７】
プラズマ発生コイル６に高周波電力が供給され、プロセスチャンバ４内にプラズマ１１が発生される。前記プラズマ発生コイル６には冷却水が流通され、該プラズマ発生コイル６が冷却される。又、前記ブロア１５が駆動され、前記ソースシールド８内部が吸引される。前記外気取入れ口１２より外気が前記ソースシールド８内に取込まれ、外気は前記ソースシールド８内部を上昇して上端より前記排気ダクト１３に排出される。該排気ダクト１３を流通する空気は、前記ラジエタ１４により冷却され、前記ブロア１５により用役に送出される。前記排気ダクト１３より排出される空気は、前記ラジエタ１４で用役のダクト等傷めない様に冷却される。
【００１８】
前記ソースシールド８内を流通する空気により前記プロセスチャンバ４が冷却され、長時間処理が連続した場合も、該プロセスチャンバ４の温度上昇が５００℃を越えない様に抑制される。
【００１９】
而して、該プロセスチャンバ４が５００℃を越えない様に冷却されるので、長時間ウェーハ３の処理を連続した場合も、アッシングレート、アッシングの均一性等の処理品質が保たれる。
【００２０】
図２により、第２の実施の形態について説明する。
【００２１】
図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。第２の実施の形態ではプラズマ発生源の発熱量が大きい場合を示している。
【００２２】
前記プロセスチャンバ４と同心に冷却管１７を設ける。該冷却管１７は絶縁性を有し、熱伝導性の高い材質、例えばアルミニウムと同等の熱伝導性を有するＡｌＮによって製作される。該冷却管１７の外周面に前記プラズマ発生コイル６を固着する。該プラズマ発生コイル６には図示しない冷却源が連通される。尚、前記プラズマ発生コイル６は前記冷却管１７の内周面に固着してもよい。
【００２３】
前記ソースシールド８は前記冷却管１７と共に前記プラズマ発生コイル６を収納する。前記ソースシールド８の内周面にはリング状の邪魔板１８が軸心方向に所要間隔で固着されている。
【００２４】
前記排気ダクト１３から分岐した環流ダクト１９が前記外気取入れ口１２の１つに接続され、他の外気取入れ口１２には外気取入れ管２１が接続され、該外気取入れ管２１には逆止弁２２が設けられている。
【００２５】
前記プラズマ発生コイル６に高周波電力が供給され、前記プラズマ１１が発生され、前記ウェーハ３の処理が行われる。
【００２６】
前記プラズマ発生コイル６には冷却水が流通され、前記ブロア１５が駆動され、前記ソースシールド８内が吸引される。前記外気取入れ口１２より外気が取込れ、前記ソースシールド８内のプロセスチャンバ４と冷却管１７間、及び該冷却管１７と前記ソースシールド８間を上昇して、前記排気ダクト１３に排出される。該排気ダクト１３を流通する過程で、空気は前記ラジエタ１４で所要温度迄冷却される。冷却空気の一部は用役に送出され、残りは前記環流ダクト１９により前記ソースシールド８内に戻される。冷却空気の一部が用役に送出されることで、用役側の負担が減少する。
【００２７】
又、空気の一部が用役に送出されることで、不足となった冷却空気は前記外気取入れ管２１から吸引される。尚、前記逆止弁２２は冷却空気の不足分だけ取込まれ、前記ソースシールド８内の熱せられた空気が直接外部に排出されない様にする。
【００２８】
前記プロセスチャンバ４に蓄積された熱は、熱輻射により前記冷却管１７に受熱され、該冷却管１７によって冷却され、更に該冷却管１７は前記プラズマ発生コイル６によって冷却される。又、前記プロセスチャンバ４、前記冷却管１７は前記ソースシールド８内を上昇する冷却空気によっても冷却される。又、前記邪魔板１８は前記ソースシールド８を上昇する冷却空気に対して前記邪魔板１８の下流側に渦を発生させ、冷却空気の流れを攪拌する。冷却空気の攪拌によって、冷却空気と前記プロセスチャンバ４、冷却管１７、プラズマ発生コイル６間の熱伝達率が向上する。
【００２９】
尚、前記冷却管１７は熱バッファとしても機能し、前記プロセスチャンバ４の急激な変化を抑制する。例えば、前記プラズマ１１が消滅し、発熱源が消失した場合の前記プロセスチャンバ４の急激な温度低下を防止し、該プロセスチャンバ４に過大な熱応力が発生することを防止する。
【００３０】
尚、前記邪魔板１８は流通する空気の攪拌作用があればよく、棒状のものを多数植設してもよい。又、前記冷却管１７側に設けてもよい。又、該冷却管１７、前記邪魔板１８のいずれか一方のみを設けてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、プロセスチャンバの周囲にプラズマ発生コイルが設けられ、該プラズマ発生コイルの周囲を覆う様にソースシールドが設けられ、前記プラズマ発生コイルには冷却水が流通され、前記ソースシールド内部を外気が流通する様にしたプラズマ発生源を具備するので、プロセスチャンバが冷却され、長時間ウェーハの処理を連続した場合も、アッシングレート、アッシングの均一性等の処理品質が保たれ、更にプロセスチャンバを冷却する為に半導体製造装置を休止させる必要がなくなり、スループットが向上する等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す概略図である。
【図３】従来例の概略図である。
【符号の説明】
１ 処理室
２ 基板載置台
３ ウェーハ
４ プロセスチャンバ
６ プラズマ発生コイル
８ ソースシールド
１３ 排気ダクト
１４ ラジエタ
１５ ブロア
１７ 冷却管
１８ 邪魔板
１９ 環流ダクト[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus that has a plasma generation source, generates plasma, and performs thin film generation, etching, and ashing on a substrate to be processed such as a silicon wafer by a CVD process. The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus having a plasma source.
[0002]
[Prior art]
A conventional semiconductor manufacturing apparatus having an inductively coupled plasma generation source as a plasma generation source will be described with reference to FIG.
[0003]
FIG. 3 shows a single-wafer ashing apparatus as an example of a semiconductor manufacturing apparatus.
[0004]
A substrate mounting table 2 is provided in an airtight processing chamber 1, and a substrate to be processed (hereinafter, wafer 3) is mounted on the substrate mounting table 2. A quartz process chamber 4 is provided concentrically and airtightly on the ceiling of the processing chamber 1. The process chamber 4 is cylindrical, and the upper end is airtightly closed by a lid 5.
[0005]
A plasma generating coil 6 is provided concentrically around the process chamber 4, and a plasma generating high-frequency power source (not shown) is connected to the plasma generating coil 6. The plasma generating coil 6 is a tube having a hollow cross section, and cooling water supplied from a cooling source (not shown) flows through the plasma generating coil 6.
[0006]
The periphery of the plasma generating coil 6 is covered with a cylindrical source shield 8. Although not shown, the processing chamber 1 is provided with a wafer loading / unloading port that is opened and closed by a gate valve, and the wafer 3 is loaded and unloaded through the wafer loading / unloading port.
[0007]
A reaction gas introduction pipe 7 for supplying a reaction gas such as O 2 is connected to the lid 5, and an exhaust pipe 9 connected to an exhaust device (not shown) having a vacuum pump and the like is connected to the processing chamber 1. are doing.
[0008]
A reaction gas is introduced into the process chamber 4 from the reaction gas introduction pipe 7, high frequency power is applied to the plasma generating coil 6, and a plasma 11 is generated inside the process chamber 4. The resist applied to the surface of the wafer 3 is removed by the plasma 11. The exhaust gas after the treatment is discharged from the exhaust pipe 9. The plasma generating coil 6 is cooled by flowing cooling water.
[0009]
The process chamber 4 is heated by the heat generated by the plasma 11. When the heating state continues for a long time, that is, when the processing of the wafer 3 is performed for a long time, the temperature of the process chamber 4 may be 500 ° C. or more.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a semiconductor manufacturing apparatus having an inductively coupled plasma generation source, if processing is continued for a long time, the temperature of the process chamber 4 may exceed 500 ° C. It is known that the characteristics of the process chamber 4 made of quartz change when the temperature of the process chamber 4 exceeds 500 ° C. and the characteristics of the process chamber 4 change when the temperature of the process chamber 4 exceeds 500 ° C. Also change. If the characteristics of the process chamber 4 change in the same lot, the ashing rate and the ashing uniformity change, and it becomes difficult to manufacture the same product. Conventionally, when the temperature of the process chamber 4 exceeds 500 ° C. for a long processing time, the cooling period of the process chamber 4 is periodically reduced in order to maintain the ashing rate and ashing uniformity between lots of substrate processing. Had to be provided. For this reason, there has been a problem that the non-operation time of the semiconductor manufacturing apparatus increases and the throughput does not improve.
[0011]
In view of such circumstances, the present invention is intended to suppress a rise in the temperature of a process chamber, enable continuous processing of a substrate to be processed for a long time, stabilize processing quality, and improve throughput.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a plasma generating coil is provided around a process chamber, a source shield is provided so as to cover the plasma generating coil, cooling water is circulated through the plasma generating coil, and the inside of the source shield is exposed to outside air. The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus provided with a plasma generation source through which a gas flows.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
A first embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0015]
The source shield 8 has a sealed structure, a required number of outside air intakes 12 are formed at required positions at the lower end of the source shield 8, and an exhaust duct 13 communicates with the upper end of the source shield 8. The exhaust duct 13 communicates with a utility (not shown).
[0016]
The exhaust duct 13 is provided with a radiator 14 and a blower 15 from the outside air intake 12 side (upstream side).
[0017]
High-frequency power is supplied to the plasma generating coil 6, and a plasma 11 is generated in the process chamber 4. Cooling water is circulated through the plasma generating coil 6, and the plasma generating coil 6 is cooled. Further, the blower 15 is driven, and the inside of the source shield 8 is sucked. Outside air is taken into the source shield 8 from the outside air intake 12, and the outside air rises inside the source shield 8 and is discharged from the upper end to the exhaust duct 13. The air flowing through the exhaust duct 13 is cooled by the radiator 14 and sent to the utility by the blower 15. The air discharged from the exhaust duct 13 is cooled by the radiator 14 so that the utility duct and the like are not damaged.
[0018]
The process chamber 4 is cooled by the air circulating in the source shield 8, and even when the processing is continued for a long time, the temperature rise of the process chamber 4 is suppressed so as not to exceed 500 ° C.
[0019]
Since the process chamber 4 is cooled so as not to exceed 500 ° C., even when the processing of the wafer 3 is continued for a long time, the processing quality such as the ashing rate and the ashing uniformity is maintained.
[0020]
The second embodiment will be described with reference to FIG.
[0021]
In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The second embodiment shows a case where the heat generation amount of the plasma generation source is large.
[0022]
A cooling pipe 17 is provided concentrically with the process chamber 4. The cooling pipe 17 is made of a material having an insulating property and a high thermal conductivity, for example, AlN having the same thermal conductivity as aluminum. The plasma generating coil 6 is fixed to the outer peripheral surface of the cooling pipe 17. A cooling source (not shown) is connected to the plasma generating coil 6. Incidentally, the plasma generating coil 6 may be fixed to the inner peripheral surface of the cooling pipe 17.
[0023]
The source shield 8 houses the plasma generating coil 6 together with the cooling pipe 17. A ring-shaped baffle plate 18 is fixed to the inner peripheral surface of the source shield 8 at a required interval in the axial direction.
[0024]
A recirculation duct 19 branched from the exhaust duct 13 is connected to one of the outside air intakes 12, an outside air intake pipe 21 is connected to the other outside air intake 12, and a check valve 22 is connected to the outside air intake pipe 21. Is provided.
[0025]
High-frequency power is supplied to the plasma generating coil 6, the plasma 11 is generated, and the processing of the wafer 3 is performed.
[0026]
Cooling water is circulated through the plasma generating coil 6, the blower 15 is driven, and the inside of the source shield 8 is sucked. Outside air is taken in from the outside air inlet 12 and rises between the process chamber 4 and the cooling pipe 17 in the source shield 8 and between the cooling pipe 17 and the source shield 8 and is discharged to the exhaust duct 13. You. In the course of flowing through the exhaust duct 13, the air is cooled to a required temperature by the radiator 14. A part of the cooling air is sent to the utility, and the rest is returned into the source shield 8 by the reflux duct 19. By sending a part of the cooling air to the utility, the burden on the utility is reduced.
[0027]
In addition, since a part of the air is sent to the utility, the insufficient cooling air is sucked from the outside air intake pipe 21. The check valve 22 takes in the shortage of the cooling air so that the heated air in the source shield 8 is not directly discharged to the outside.
[0028]
The heat accumulated in the process chamber 4 is received by the cooling pipe 17 by heat radiation, cooled by the cooling pipe 17, and the cooling pipe 17 is further cooled by the plasma generating coil 6. Further, the process chamber 4 and the cooling pipe 17 are also cooled by cooling air rising inside the source shield 8. Further, the baffle plate 18 generates a vortex on the downstream side of the baffle plate 18 with respect to the cooling air rising up the source shield 8 to stir the flow of the cooling air. By stirring the cooling air, the heat transfer coefficient between the cooling air and the process chamber 4, the cooling pipe 17, and the plasma generating coil 6 is improved.
[0029]
Note that the cooling pipe 17 also functions as a heat buffer, and suppresses a rapid change in the process chamber 4. For example, when the plasma 11 is extinguished and the heat source is extinguished, the temperature of the process chamber 4 is prevented from sharply dropping, and excessive thermal stress is prevented from being generated in the process chamber 4.
[0030]
Note that the baffle plate 18 only needs to have a function of stirring the flowing air, and a large number of rod-shaped members may be planted. Further, it may be provided on the cooling pipe 17 side. Further, only one of the cooling pipe 17 and the baffle plate 18 may be provided.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plasma generation coil is provided around a process chamber, a source shield is provided so as to cover the circumference of the plasma generation coil, and cooling water flows through the plasma generation coil, Since a plasma source is provided to allow the outside air to flow through the inside of the source shield, the process chamber is cooled, and the processing quality such as the ashing rate and the ashing uniformity is maintained even when the processing of the wafer is continued for a long time. This eliminates the need to suspend the semiconductor manufacturing apparatus to further cool the process chamber, and exhibits excellent effects such as an improvement in throughput.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing room 2 Substrate mounting table 3 Wafer 4 Process chamber 6 Plasma generation coil 8 Source shield 13 Exhaust duct 14 Radiator 15 Blower 17 Cooling pipe 18 Baffle plate 19 Recirculation duct
